鸢尾素通过UCP2-AMPK通路调控氧化应激和线粒体功能障碍在朊病毒疾病中的神经保护机制

时间：2025年2月5日

来源：Cell Death & Disease

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本研究针对朊病毒疾病中PrP106-126诱导的神经元凋亡问题，揭示了鸢尾素(irisin)通过激活UCP2-AMPK-Nrf2通路减轻氧化应激和线粒体功能障碍的分子机制。研究人员发现外源性irisin可降低mtROS水平、恢复线粒体膜电位和呼吸链复合体活性，为朊病毒等神经退行性疾病提供了新型治疗靶点。

朊病毒疾病是一类由朊蛋白(PrP^Sc)异常折叠导致的致命性神经退行性疾病，目前尚无有效治疗方法。这类疾病的典型特征是神经元大量死亡，而越来越多的证据表明，氧化应激和线粒体功能障碍在这一过程中扮演关键角色。PrP^106-126作为朊蛋白的核心毒性片段，能模拟PrP^Sc的多种病理特征，成为研究朊病毒疾病的重要工具。与此同时，运动诱导产生的肌肉因子鸢尾素(irisin)因其显著的神经保护作用备受关注，但其在朊病毒疾病中的具体机制尚不清楚。

中国农业科学院的研究团队在《Cell Death and Disease》发表的研究成果，系统阐明了irisin通过UCP2-AMPK通路调控朊病毒疾病中氧化应激和线粒体功能障碍的分子机制。研究采用N2a小鼠神经母细胞瘤细胞和SH-SY5Y人神经母细胞瘤细胞模型，通过CCK-8细胞活力检测、流式细胞术、线粒体膜电位(JC-1)测定、ATP含量检测、mtDNA拷贝数分析、线粒体呼吸链复合体活性检测等技术手段，结合免疫荧光、Western blot和qPCR等分子生物学方法，全面评估了irisin的神经保护效应。

研究结果显示，PrP^106-126诱导的线粒体功能障碍具有mtROS依赖性。150μM PrP^106-126处理显著增加了N2a细胞的凋亡率，而100 ng/mL irisin预处理可显著抑制这一过程。TUNEL染色和Western blot分析证实，irisin降低了caspase-3/9的活化、Bax/Bcl-2比值以及细胞色素c的释放。在SH-SY5Y细胞中也观察到类似结果，表明irisin能有效抑制PrP^106-126诱导的线粒体依赖性凋亡途径。

Irisin缓解PrP^106-126诱导的神经元线粒体功能障碍。通过线粒体网络成像和透射电镜观察发现，irisin处理改善了PrP^106-126导致的线粒体碎片化和嵴结构破坏。功能检测显示，irisin恢复了线粒体膜电位、提高了ATP水平、增加了mtDNA拷贝数，并显著增强了呼吸链复合体I-IV的活性，表明irisin能全面改善线粒体功能。

Irisin通过减轻氧化应激改善PrP^106-126诱导的线粒体功能障碍。研究发现线粒体靶向抗氧化剂Mito-Tempo可模拟irisin的保护作用，而irisin处理显著降低了mtROS和MDA水平，提高了GSH/GSSG比值以及CAT和T-SOD活性。这些结果表明，irisin的线粒体保护作用与其抗氧化能力密切相关。

UCP2介导irisin的有益效应。qPCR和Western blot分析显示，PrP^106-126处理下调了UCP2表达，而irisin可逆转这一现象。免疫荧光证实irisin促进UCP2与线粒体的共定位。通过siRNA沉默和过表达实验发现，UCP2过表达可减轻PrP^106-126诱导的凋亡，而UCP2敲除则消除了irisin的保护作用。

Irisin通过UCP2缓解氧化应激并维持线粒体功能。在UCP2敲除细胞中，irisin无法改善mtROS积累、脂质过氧化和抗氧化酶活性。线粒体形态和功能分析进一步证实，UCP2缺失使irisin丧失了恢复线粒体网络完整性、膜电位、ATP水平和呼吸链活性的能力。

Irisin通过UCP2-Nrf2通路减轻PrP^106-126诱导的氧化应激。研究发现irisin处理上调了Nrf2和HO-1表达，而Nrf2敲除则阻断了irisin的抗氧化效应。值得注意的是，UCP2敲除也抑制了irisin诱导的Nrf2-HO-1通路激活，表明UCP2位于Nrf2上游。

UCP2通过调节AMPK活性影响Nrf2-HO-1通路。实验证实irisin和UCP2过表达均可增加AMPK磷酸化，而UCP2敲除则阻断了irisin对AMPK的激活。使用AMPK抑制剂Compound C处理发现，AMPK抑制不仅阻断了irisin诱导的Nrf2和HO-1表达上调，还抑制了Nrf2核转位。蛋白酶体抑制剂MG132实验进一步表明，irisin通过AMPK依赖性机制稳定Nrf2蛋白。

这项研究系统阐明了irisin通过UCP2-AMPK-Nrf2轴缓解朊病毒疾病中氧化应激和线粒体功能障碍的分子机制。外源性irisin通过结合UCP2，激活AMPK并促进Nrf2核转位，进而增强细胞抗氧化防御能力，改善线粒体功能，最终抑制神经元凋亡。这一发现不仅为理解朊病毒疾病的发病机制提供了新视角，也为开发针对神经退行性疾病的治疗策略提供了潜在靶点。特别值得注意的是，irisin作为内源性肌肉因子，具有良好的血脑屏障穿透性和安全性，在临床应用方面具有独特优势。该研究为神经退行性疾病的治疗开辟了新的干预途径，具有重要的理论和实践意义。